47万吨苯-甲苯浮阀精馏塔设计.doc
《47万吨苯-甲苯浮阀精馏塔设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《47万吨苯-甲苯浮阀精馏塔设计.doc(33页珍藏版)》请在沃文网上搜索。
1、内蒙古科技大学课程设计说明书内蒙古科技大学本科生课程设计说明书 题 目:苯-甲苯浮阀精馏塔设计学生姓名:王蛟龙学 号:0866115136专 业:化学工程与工艺 班 级:化工2008-1班 指导老师:赫文秀 副教授年产4.0万吨纯度为99.8%的苯-甲苯浮阀精馏塔设计31第一章 设计方案确定21.1设计方案21.2装置流程的确定21.3操作压强选择21.4进料热状态的选择21.5回流比的选择2第二章 物与操作线方程32.1间接蒸汽加热方式下的物料恒算32.2精馏段操作线方程42.2.1最小回流比的确定42.2.2适宜回流比的确定42.2.3操作线方程5第三章 理论塔板数的确定5第四章 实际板层
2、数的确定54.1 塔板总效率的估计54.2层数的确定7第五章 塔和塔板主要的工艺尺寸的设计85.1设计中所有参数的确定85.1.1定性温度的确定85.1.2精馏段参数85.1.3提馏段参数的确定105.2初选塔板间距125.3塔径的计算:(以精馏段数据为准)125.3.1初步计算塔径125.3.2塔径圆整145.4溢流装置与流体流型155.4.1溢流堰(出口堰)155.4.2降液管175.5塔板设计185.5.1塔板布置185.5.2浮阀塔的开孔率及阀孔排列195.6浮阀塔板得液体力学验算225.6.1气体通过浮阀塔板时的压强降为225.6.2液泛245.6.3雾沫夹带255.7塔板负荷性能图
3、265.7.1雾沫夹带上限线275.7.2液泛线275.7.3液相负荷上限线285.7.4液相负荷下限线285.7.5塔的操作弹性29第六章 塔体结构296.1塔体空间306.2塔底空间306.3人孔306.4塔高30参考文献33致谢34第一章 设计方案的确定1.1设计方案确定本次设计的任务是苯-甲苯浮阀精馏塔。对于二元混合物的分离,应采用连续精馏流程。1.2装置流程的确定精馏装置包括精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝器、釜液冷凝器喊人产品冷却器等设备。流程中采用汞直接将原料送入塔内;塔底设置再沸器。1.3操作压强选择精馏操作压强选择常压1.4进料热状态的选择采用泡点进料,原料液通过预热器加热至
4、泡点后送入精馏塔内。1.5回流比的选择本设计采用图解法确定最小回流比。第二章 物与操作线方程2.1间接蒸汽加热方式下的物料恒算总物料衡算 易挥发组分的物料衡算 式中:,,进料、馏出液和釜残液的流量, 进料中易挥发组分的组成,摩尔分率 馏出液中易挥发组分的组成,摩尔分率 釜残液中易挥发组分的组成,摩尔分率苯的摩尔质量为78,甲苯的摩尔质量为92.进料组成 =0.3884釜残液组成 馏出液组成 塔顶馏出液的平均摩尔质量 塔底馏出液的流量全塔物料衡算 代入相关数据得:,2.2精馏段操作线方程2.2.1最小回流比的确定总压p为101.3下苯甲苯的气液平衡温度组成表t/80.18590951001051
5、10.62.542.512.462.412.37x1.0000.7800.5810.4120.2580.1300y1.0000.8970.7730.6330.4610.2690由上表得到塔的平均相对挥发度取:由公式 得 =1.7562.2.2适宜回流比的确定根据设计经验,一般物系的适宜回流比为 (1.1-2.0) 10.22 1.1.1Rmin1.2Rmin1.3Rmin1.4Rmin1.5Rmin1.6Rmin1.7Rmin1.8Rmin1.9Rmin2.0Rmin R1.932.112.282.462.632.812.993.163.343.510.059930.10940.16060.2
6、030.24190.27650.30810.33770.36410.38930.580.520.480.450.420.400.370.350.330.32 N27.071423.437521.480820.219.051718.3517.380916.784616.223915.955 然后由上数据得出附图1.1,由图1.1得适宜回流比取2.2.3操作线方程 精馏段操作线方程提馏段操作线方程 第三章 理论塔板数的确定本次设计采用逐板计算法由= =0.9983 (精馏段方程) 计算直到=0.3884 得n=12 精馏段11层(不包括再沸器),第12层为进料板。然后令 计算直到=0.0235 此
7、处得n=7 所以提馏段6层 所以共需17层理论板(不包括再沸器),第四章 实际板层数的确定4.1 塔板总效率的估计在求出理论塔板数后,要先确定塔板总效率才可求出实际板数。塔板效率是否定得合理,对所设计的他在建成后能否满足生产上的要求有重要意义。而塔板效率与物系的性质、塔板的结构以及操作条件有密切的关系。由于影响因素很多,目前尚无适用范围和较精确的计算方法。一般用下面三种方法之一来确定:1、 参考工厂同类型塔板,物系性质相同(或相近)的塔效率的经验数据。2、 在生产现场对同类型,类似物系的塔进行实际查定,得出可靠的塔板效率数据。3、 在没有可靠的经验数据作参考室,可采用“奥康奈尔的蒸馏塔效率关联
8、图”或“奥康奈尔关联式”来估算全塔效率。式中:全塔效率,无因次;全塔平均温度下的相对挥发度,无因次;顶第一块板上的温度,底最后一层板上的温度,料液在塔顶和塔底平均温度下的粘度,其中: 料中组分i的摩尔分率; 顶、塔底平均温度下各组分液体纯态下的粘度;必须注意此关联是的适用范围是:(1)(2)液体的板长流程长度1.0m,超过1m时,实际可达到的全塔效率比有此式解出的值大。(3)次关联式是对泡罩塔或筛板塔的几十个工业塔进行实验而得的结果,对浮阀塔可参照使用。有我国某厂八个浮阀塔实例的全塔效率表明,实测数据与由奥康曲线(关联式)所得出的数据基本吻合。苯甲苯的气液平衡数据(苯;%mol,760mmHg
9、)液相组成气相组成沸点液相组成气相组成沸点0.00.0110.5660.079.189.2910020.8105.7170.085.187.3220.037.2101.7880091.284.9730.050.798.2590.095.982.6140.061.995.2495.098.081.3450.071.392.43100.0100.080.01由上数据得图4.1由和从图4.1上查得=80.35 =109.15查化工原理(上册)附表的苯和甲苯在时粘度分别为和故全塔平均温度下的相对挥发度取 全塔效率为4.2层数的确定实际板层数(块)其中应不包含在沸器的理论板层数板第五章 塔和塔板主要的工
10、艺尺寸的设计5.1设计中所有参数的确定5.1.1定性温度的确定定性温度分为精馏段温度和提馏段温度,两个参数由从图3.1查得T进=96.32; ;5.1.2精馏段参数精馏端参数以精馏段的定性温度为依据确定1. 平均组成:据参考平衡数据(一般为数据)即图3.1可确定出精馏段的平均气、液组成,。查附图2得时,2. 精馏段气相体积流率及密度的确定压强的确定:该设计为常压设计,所以P=101.33KPa 其中 3. 精馏段液相体积流率及密度的确定 ; 其中 为质量分数,根据摩尔分数与质量分数的关系:根据化工原理课程设计书差得时苯和甲苯的密度分别是和 ,时苯和甲苯的密度分别是和 ,用内插法求得时苯和甲苯的
11、密度分别是和,因此4. 精馏段液体表面张力的确定通过化工原理课(上册)附表查得时,塔顶液相表面张力 同样可查得时,进料板液相表面张力 精馏段液相平均表面张力 5.1.3提馏段参数的确定提馏端参数以提馏段的定性温度为依据确定1.平均组成:据参考平衡数据(一般为数据)即图3.1可确定出精馏段的平均气、液组成,。查图3.1得时,2.提馏段气相体积流率及密度的确定压强的确定: 其中 3.提馏段液相体积流率及密度的确定 ; 其中 为质量分数,根据摩尔分数与质量分数的关系得出根据化工原理课程设计书差得时苯和甲苯的密度分别是和 ,时苯和甲苯的密度分别是和 ,用内插法求得时苯和甲苯的密度分别是和,因此4.提馏
12、段液体表面张力的确定通过化工原理课(上册)附表查得时,塔底液相表面张力 由精馏段计算的进料板液相表面张力 提馏相平均表面张力 5.2初选塔板间距塔板间距的选定很重要,它与塔高、塔径、物系性质、分离效率、塔德操作弹性以及塔德安装、检修等都有关,可参照下表所示经验关系选取。表6.1 板间距与塔径关系塔径,0.3-0.50.5-0.80.8-1.61.6-2.42.4-4.0板间距,200-300250-350300-450450-600400-600选定板间距时,应考虑各种不同的实际请况。例如,塔板层数很多时,可选用较小的板间距,适当加大塔径以降低塔的高度;塔内各段负荷差别较大时,也可采用不同的板
13、间距以保持塔径一致;对易起泡沫的物系,板间距应取大些,以保证塔的分离效果;对于生产负荷波动较大的场合,也需加大板间距以保持一定的操作弹性。此外,考虑安装检修的需要,在塔体人孔处的板间距不应小于600-700,以便有足够的工作空间,对只需开手孔的小型塔,开手孔处的板间距可取为450以下。塔板间距初步选定之后,才能进行后续的计算空塔气速,估算塔径等工作。对于所选板间距尺寸是否合理,还需在对塔板布置进行设计后,进行流体力学验算。如不能满足流体力学要求,则还需适当地调整板间距或塔径,至满足为止。本次设计板间距5.3塔径的计算:(以精馏段数据为准)5.3.1初步计算塔径根据流量公式有:式中:塔内的气相流
14、量, 空塔气速,一般适宜的空塔气速为极限空塔气速的0.60.8倍,即而式中:极限空塔气速, 、分别为液相和气相的密度, 负荷系数,负荷系数可由Smith关联图差得化工原理课(下册),即图6.1横坐标是量纲为1的比值,称为液气动能参数,它反映液、气两相的流量与密度的影响,而反映液滴沉降空间的高度对负荷参数的影响。板上液层高度应由设计者首先选定。对于常压塔一般取为0.050.1(通常取0.050.08);对于减压塔应取低些,可低至0.0250.03。由于本次设计是在常压下操作,故取 。Smith关联图是按液体表面张力的物系绘制的,若所处理的物系表面张力为其他值,则须按下式校正查出的负荷系数,即式中
15、:操作物系的液体表面张力,; 操作物系的负荷系数,。,查图得 极限空塔气速 空塔气速 初算塔径 5.3.2塔径圆整初步算出塔径后,应按化工机械标准圆整并核算实际气速。一般塔径在1以内时,按100增值圆整。塔径超过1时,按200增值圆整。常用的标准塔径为400、500、600、700、800、1000、1200、1400、1600、2000、2200等。塔径圆整后,计算圆整塔径下的空塔气速,即并校核安全系数 ,在的范围以内。应予指出,前面所述算出的塔径仍为初估塔径。此后尚需进行流体力学验算合格后才能确定为实际塔径,否则应进行调整。另外,若精馏段与提馏段负荷变化较大,则需分段计算塔径。5.4溢流装
16、置与流体流型板式塔的溢流装置包括溢流堰、降液管及受液管。溢流装置的布置应考虑液流在塔板上的途径。一般根据塔径与液体流量,本设计采用单流型,液体流径长、板面利用好,塔板结构简单,直径2.2以下的塔普遍采用此型。一般可根据初估塔径和液体流量,选塔板的液流型式。降液管有圆形与弓形两类。本设计采用内弓形降液管,其在直径较小的塔板中均适用。5.4.1溢流堰(出口堰) 为维持塔板上一定高度的均匀流动的液层,一般采用平直溢流堰(出口堰)。1. 堰长依据溢流型式及液体负荷决定堰长。单溢流型塔板堰长一般为;双溢流型塔板,两侧堰长取为,其中为塔径。堰长也可以由溢流强度计算。溢流强度即通过单位堰长的液体流量,一般筛
17、板及浮阀塔的堰长溢流强度应为:式中: 溢流堰长, 液体流量,对于少数液气比较大的过程堰上溢流强度可允许超过此范围,有时为增加堰长也可增设辅助堰,由于此次设计选用单溢流型塔板,故选取验算,符合要求。求。2. 堰高堰高于板上液层高度及堰上液层高度的关系如下式中:板上液层高度, 堰上液层高度,板上液层高度取0.05 ,=0.050.0193=0.03073. 堰上液层高度堰上液层高度应适宜,太小则堰上的液体均布差,太大则塔板压降增大,雾沫夹带增加。对平直堰,设计时一般应大于0.006,若低于此值或液流强度时,应改用齿形堰。也不易超过,否则可改用双型溢流型塔板。平直堰按下式计算:式中:堰长, 塔内液体
- 1.请仔细阅读文档,确保文档完整性,对于不预览、不比对内容而直接下载带来的问题本站不予受理。
- 2.下载的文档,不会出现我们的网址水印。
- 3、该文档所得收入(下载+内容+预览)归上传者、原创作者;如果您是本文档原作者,请点此认领!既往收益都归您。
下载文档到电脑,查找使用更方便
10 积分
下载 | 加入VIP,下载更划算! |
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 47 万吨苯 甲苯 精馏塔 设计